Жак Поль – Вселенная с нуля. От Большого взрыва до абсолютной пустоты (страница 10)

Галактики, большинство которых сформировалось менее чем за два миллиарда лет после Большого взрыва, распределены в пространстве далеко не случайным образом. Они служат настоящими кирпичиками Вселенной, из них состоит гигантская сеть ветвей и нитей, пронизывающих пустоту. Основой этой структуры, канвой распределения материи во Вселенной, служит в основном темная материя. С того момента, когда Вселенная стала прозрачной и однородной, она быстро эволюционировала и по окончании Темных веков преобразовалась в систему огромных пустот, окруженных сверхплотными структурами, создающими гравитационное притяжение невероятной силы.

Аналогично тому, как на Земле вода течет по рекам и притокам с высоты водоразделов, галактики и звездные скопления стекаются по направляющим космической сети и создают узлы «галактических сверхскоплений». Это название впервые употребил французский астрофизик Жерар де Вокулер для обозначения самых крупных из известных в настоящий момент образований во Вселенной. В гидрологии линия водораздела разделяет бассейны разных рек. В астрофизике дело обстоит похожим образом: линия, разделяющая два гравитационных бассейна, служит границей между сверхскоплениями. Чтобы обнаружить эту границу в мире галактик, надо прежде всего рассчитать скорость их движения, скорректировав наблюдаемую скорость смещения с помощью поправки на космическое расширение.

Именно таким методом в 2014 году четверка астрофизиков – американец Ричард Брент Талли, француз Элен Куртуа и Даниэль Помареда и израильтянин Иегуда Хоффман – рассчитали размеры, структуру и динамику нашего сверхскопления, которое они назвали Ланиакея (от англ. Laniakea, в переводе с гавайского – огромный небесный свод). Сверхскопление образовалось тогда, когда Вселенная достигла примерно середины своего сегодняшнего возраста, и протянулось на пять миллионов световых лет; его масса – сто миллионов миллиарда солнечных. Ланиакея включает в себя тринадцать галактических скоплений, каталогизированных в 1958 году калифорнийцем Джорджем Эйбеллом. Астрофизик создал свой каталог на основе тысяч фотографий, снятых камерой Шмидта (широкоугольный телескоп с корректирующим зеркалом) на горе Паломар в США. Ланиакея включает в себя структуру, ранее называвшуюся сверхскоплением Девы, частью которого является Млечный Путь. Если считать, что Земля – это наш дом, Солнечная система – наш город, то Галактика – это наша страна, а Ланиакея – континент.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Темные века (13,7 миллиарда лет назад)

Образование крупных структур (13, 7 миллиарда лет назад)

5,2 миллиарда лет назад

Столкновение в Местной группе галактик

Слияние двух галактик Местной группы породило длинный шлейф звезд, некоторые из которых сгруппировались в две карликовых галактики в окрестности Млечного Пути.

Термин «Местная группа» был впервые использован в 1936 году Эдвином Хабблом – он назвал так группу галактик, к которой принадлежит и Млечный Путь. Местная группа состоит примерно из шестидесяти галактик и представляет собой довольно скромное галактическое скопление. Оно имеет форму гантели, растянувшейся на десять миллионов световых лет. Своей формой скопление обязано двум самым крупным образованиям – Млечному Пути и туманности Андромеды, известной также под именем Мессье-31. Каждая из этих крупных галактик окружена собственной системой карликовых галактик-спутников. Кроме того, в Местную группу входит и третья галактика, обладающая спиральной структурой, – галактика Треугольника, или Мессье-33.

Эволюция Местной группы, похоже, была весьма бурной, как и у других крупных скоплений, – если верить компьютерным моделям, с помощью которых ученые пытаются восстановить прошлое на основе наблюдений Мессье-31. Через пять миллиарда лет после Большого взрыва Местная группа включала, помимо будущего Млечного Пути, две довольно крупные галактики, одна из которых была в три раза массивнее другой. Они подошли друг к другу настолько близко, что попали в сети взаимного гравитационного притяжения. Через четыре миллиарда лет па-де-де галактик закончилось столкновением, хотя этот термин не совсем подходит к тому, что произошло.

В обеих галактиках расстояния между звездами настолько велики, что прямые удары практически исключены. Правильнее было бы говорить о взаимопроникновении, или даже о слиянии. Модели показывают, что к окончанию процесса слияния две галактики превратились в одну. В наши дни она носит имя Мессье-31, или туманность Андромеды.

Через восемь миллиарда лет после Большого взрыва в этом слиянии наступил решающий момент. Под влиянием сил гравитационного притяжения, так называемых приливных – этот термин используется по аналогии с океанскими приливами, возникающими в результате действия тех же сил, – образовался длинный шлейф из звезд. Одни звезды оказались в сфере влияния новой большой галактики, получившейся в результате слияния. Другие, наоборот, ускользнули из ее объятий и сформировали две неправильной формы галактики, которые понеслись с такой скоростью, что через некоторое время они вновь оказались неподалеку от Млечного Пути. Астрофизики полагают, что эти карликовые галактики, известные сегодня под именем Магеллановы Облака, стали спутниками нашей галактики.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Большой взрыв (Начало расширения)

Образование диска Млечного Пути (8,8 миллиарда лет назад)

Мессье-32 вливается в Андромеду (800 миллионов лет назад)

4,8 миллиарда лет назад

Расширение Вселенной ускоряется

Ускорение Вселенной, которое заметно замедлилось к окончанию фазы инфляции, вновь растет под усиливающимся влиянием темной энергии.

Видимый блеск звезды обратно пропорционален квадрату расстояния до нее. Абсолютная светимость некоторых типов небесных тел хорошо известна – это количество энергии, которую они выделяют в виде света. Применение простого правила трех точек позволяет оценить расстояние до небесных тел с известной светимостью – астрономы назвали их «стандартными свечами». Астрофизики располагают целым набором таких небесных тел. Во главе списка – переменные пульсирующие звезды-цефеиды, ставшие объектом исследований еще в начале ХХ века. Их изучала американка Генриетта Ливитт на примере Малого Магелланова Облака. Однако для изучения объектов, расположенных в глубоком космосе, астрофизикам приходится вычислять красное смещение дальних звезд, которое позволяет оценить расстояние до них на основе современной модели Вселенной.

Определение красного смещения стандартных свечей может служить одним из способов ограничения разнообразия различных моделей Вселенной. Для того чтобы быть видимой на очень большом расстоянии, надо быть очень яркой свечой. В конце ХХ века некоторые астрофизики решили, что в качестве таких объектов могут пригодиться термоядерные сверхновые. В двойной системе звезд, из которых одна является белым карликом, создаются порой такие условия, что карлик стягивает на себя внешние оболочки своего компаньона. В этом случае масса карликовой звезды достигает предела Чандрасекара (1,44 солнечной массы), и происходит термоядерный взрыв с выбросом в пространство очень горячей материи. Термоядерные сверхновые, образующиеся в результате схлопывания звезд с одинаковой массой, должны иметь и совершенно одинаковое свечение – верный признак истинной стандартной свечи.

Используя очень далекие термоядерные сверхновые в качестве стандартных свечей, две международные группы ученых доказали, что все они удалены на расстояние явно большее, чем предсказывали расчеты по классической модели Вселенной. Это открытие означает, что скорость расширения Вселенной растет, вместо того чтобы замедляться под влиянием суммарной гравитации всей находящейся в ней материи. За это открытие два американских космолога – Сол Перлмуттер и Адам Рисс, а также австрало-американский космолог Брайан Шмидт в 2011 году получили Нобелевскую премию по физике. Оказалось, что Вселенная сегодня переполнена некоей формой энергии – «темной энергией», чье отрицательное давление выглядит как отталкивающая антигравитационная сила. Из-за расширения плотность материи постепенно снижается; плотность темной энергии, наоборот, не меняется. Темная энергия стала основной составляющей Вселенной через девять миллиарда лет после фазы инфляции, и расширение Вселенной вновь начало ускоряться.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Большой взрыв (Начало расширения)

Инфляция (10^–35 секунд после начала расширения)

Взрыв сверхновой (–4500)

Мисс Ливитт и масштабы расстояний (1912)

Появление Солнечной системы

Девять миллиарда лет прошло с момента Большого взрыва. Уже более двухсот миллионов лет назад Вселенная преодолела последний этап своей эволюции, когда темная энергия стала ее основной составляющей. Эта таинственная сущность с тех пор превалирует над темной материей так же, как и над материей обычной, так называемой барионной. История нашей Вселенной с этих пор – история событий, которые привели к возникновению Земли, нашей планеты. Она находится в нашей Галактике – Млечном Пути – спрятавшейся в скромном галактическом скоплении – Местной группе – на периферии сверхскопления – Ланиакеи. Сосредоточившись на формировании планетной системы на окраинах Млечного Пути, мы тем не менее не оставим без внимания и некоторые крупные события, информация о которых поступает из глубин Вселенной. Но, концентрируясь в основном на Солнечной системе, мы отойдем от привычной манеры подачи истории, принятой в школьном преподавании, то есть перечисления подвигов нашей самой прекрасной в мире страны. Большинство событий, описанных в этой части книги, покажутся вовсе незначительными, но именно из них состоит история нашей общей деревни – Солнечной системы и планеты Земля – нашего дома, единственного известного уголка Вселенной, где существует жизнь.